[0047]本系统同时实现上述绝缘变压器的功能和作为升压转换器的功能。S卩，通过控制开关元件20?26、50?56的占空比以及相位差，来实现上述作为绝缘变压器的功能以及作为升压转换器的功能。上述详细内容记载在日本特开2012-125040、日本特开2009-284647等中，从而省略。
[0048]<对热量产生的解析>
[0049]如上所述在本实施方式中，磁耦合电感器28、32关于绝缘变压器功能是无效的，为了升压转换器功能而设置。然而，在这些磁耦合电感器28、32中，除了流过作为升压转换器功能的同相电流之外，还为了进行作为绝缘变压器的功能而流过反相电流。即，在升压转换器功能的情况下，如图2⑶所示，在绕组30a、30b中流过的电流是反相的，在磁耦合电感器28、32中流过的电流是同相的。另一方面，在作为绝缘转换器而发挥功能的情况下，如图2 (A)所示，在绕组30a、30b中流过同相的电流，在一方磁耦合电感器28、32中流过的电流是反相的。
[0050]此处，磁耦合电感器28、32通常利用共通的磁芯而形成。在通常的情况下，如图3所示，磁耦合电感器28、32作为电感器60而一体构成。上侧的磁芯62的剖面是E字状，在中央部具有突出部62a。而且，在该突出部62a，绕组68卷绕多层，例如形成磁耦合电感器28。下侧的磁芯64的剖面也与上侧的磁芯62相同地是E字状，在中央部具有突出部64a，突出部62a、64a对置。而且，在突出部64a，绕组70卷绕多层，例如形成磁耦合电感器32。通过这样的结构，磁耦合电感器28、32磁耦合。此外，磁芯62、64的凹陷成为一体，形成了包围突出部62a、64a的绕组收纳空间66。
[0051]此处，若在磁耦合电感器28、32中流过同相的电流，则如图4(A)所示，因邻接的绕组而产生的磁通相互抵消从而不会成为问题。
[0052]然而，在本实施方式中，为了进行绝缘转换器功能，在磁耦合电感器28、32中流过反相的电流。由此，如图4(B)所示，在磁耦合电感器28、32(绕组68、70)所对置的部分，磁通相互增强。因此，在该部分，磁通密度变大。另外，绕组68、70分别成为双层构造，绕组68,70的外侧绕组68a、70a的交流磁通与内侧绕组68b、70b互连。该外侧绕组68a、70a所引起的磁通也相互抵消，从而在内侧绕组68b、70b的导体整体，磁通互连从而此处产生焦耳损耗。
[0053]图5(A)中表示磁通密度分布的模拟结果。附图中可知，亮的地方是磁通密度较大的地方，在两个磁耦合电感器28、32的对置的芯部分，磁通密度较大。图5(B)中表示焦耳损耗。与背景色不同的地方是产生了焦耳损耗的部位，外侧绕组68a、70a中，仅在左右端部产生焦耳损耗。内侧绕组68b、70b中，在导体整体产生焦耳损耗，在左右端部损耗变大。
[0054]此外，图4、图5中，仅表示剖开磁耦合电感器28、32的情况下的单侧(左侧)的绕组68、70。
[0055]其中，模拟是在电池电压*女V、电感器电流*女A、绕组半径*女cm这样的条件下进行的。
[0056]<实施方式的结构>
[0057]在本实施方式中，如图6、图7中示意表示，将绕组68、70作为一层从而成为层内的外侧绕组68c、70c和内侧绕组68d、70d的双重螺旋构造。即，使绕组68、70在一层内通过如蚊香那样螺旋状(漩涡状)地卷绕，得到在一层内有多个(2以上)圈数(匝数)的绕组。此外，绕组的剖面积以及长度与图3的构造同等。由此，绕组68、70变得对置，在两者对应的部分磁通密度变高，但能够防止来自从对置面观察时位于(绕组的轴向)外侧的外侧绕组68a、70a的交流磁通在内侧绕组68b、70b内互连。
[0058]此外，若能够在一层内配置多匝绕组，就能够减少来自外侧绕组68c、70c的磁通的影响，因此绕组68、70不一定限定于一层。但是，若是一层，就能够排除来自外侧绕组的影响，从而是优选的。此外，附图中记载了绕组是四边形状，但也可以是圆形。
[0059]若设置双重或者双重以上的多重螺旋构造，则在左右方向邻接的绕组彼此同相，磁通密度不会变大，从而能够在绕组的轴向排除或者减少外侧绕组的影响。
[0060]图8中表示本实施方式的磁通密度分布、焦耳损耗的模拟结果。这样，在绕组68、70所对置的区域中，磁通密度变大。另一方面，焦耳损耗限定于各绕组68、70的对置面侧的较薄层。在各绕组的68、70的左右两侧部分焦耳损耗变大，但该区域受到限制，并非在导体整体产生焦耳损耗。
[0061]图9中表示传输电力与损耗的关系。由此可知与关联技术相比，能够减少损耗。
[0062]<变形例>
[0063]图10中表示本实施方式的一个变形例。该例子中，对于绕组68、70，其剖面形状为轴向纵长的形状。通过设为这样的形状，相互反向地流过电流的导体彼此所对置的面与相互相同朝向地流过的导体彼此的面(横向)相比，其表面积变小，由此能够有效地减少与绕组互连的交流磁通。
[0064]图11中表示本实施方式的其它变形例。该例子中，在绕组68与绕组70之间配置有隔离物80。通过像这样配置隔离物80，能够增大绕组68与绕组70之间的距离，从而能够减少与绕组68c、68d、70c、70d互连的交流磁通。但是，需要考虑不使磁耦合电感器28、32间的耦合率降低。此外，隔离物80优选由塑料等非磁性体构成。
[0065]图12中表示其它实施方式。该例子中，作为磁芯62、64，采用了 U字芯。因此，绕组68c、68d、70c、70d在磁芯62、64的一个端部周边卷绕。在使用了这样的U字芯的情况下，利用螺旋状的绕组也能够同样地减少焦耳损耗。
[0066]这样，本实施方式的磁耦合电感器28、32中，向两者流过反相的电流，但通过在一层绕组中进行多次卷绕，从而从绕组的轴向观察时不存在外侧绕组、或者外侧绕组变少，从而外侧绕组所引起的交流磁通在内侧绕组的导体内互连，而能够减少此处焦耳损耗的产生。通过减少焦耳损耗，能够提高绝缘转换器的电力变换效率，从而容易提高其动作频率，也能够期待通过大幅地减少元件所带来的电路小型化。
[0067]另外，由于能够抑制焦耳损耗，所以不需要在磁耦合电感器28、32使用电阻较小的利兹线等，从而能够廉价地得到磁耦合电感器28、32。
【主权项】
1.一种磁耦合电感器(28、32)，其特征在于， 具备磁f禹合的一对绕组(68、70)， 在沿绕组出8、70)的轴向层叠的多层中的一层，各绕组(68、70)具有多匝， 上述一对绕组出8、70)的绕组彼此沿绕组出8、70)的轴向对置配置。
2.根据权利要求1所述的磁耦合电感器(28、32)，其中， 在上述一对绕组(68、70)中流过同相的电流以及反相的电流这二者， 各绕组(68、70)在沿绕组出8、70)的轴向层叠的多层中的一层均具有多匝， 上述一对绕组(68、70)的流过相互反相的电流的一层的绕组彼此沿绕组(68、70)的轴向对置配置。
3.根据权利要求1或2所述的磁耦合电感器(28、32)，其中， 上述磁耦合电感器(28、32)的一对绕组(68、70)各自仅为单层。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的磁耦合电感器(28、32)，其中， 一对绕组(68、70)是沿绕组出8、70)的轴向纵长的形状。
5.根据权利要求1?4中任一项所述的磁耦合电感器(28、32)，其中， 在绕组￠8)与绕组(70)之间配置有隔离物(80)。
6.根据权利要求1?5中任一项所述的磁耦合电感器(28、32)，其中， 磁耦合电感器(28、32)包括U字状的磁芯(62、64)。
7.一种多端口转换器，其特征在于，具备: 磁耦合的一对绕组出8、70)，在沿绕组出8、70)的轴向层叠的多层中的一层，各绕组(68.70)具有多匝，上述一对绕组出8、70)的绕组彼此沿绕组出8、70)的轴向对置配置；以及 变压器，其中，在变压器的一侧绕组(30a、30b)中设置有包括一对两侧端子和至少一个中间端子的至少三个连接端子， 上述两侧端子经由具有磁耦合的一对绕组(68、70)的磁耦合电感器(28、32)的各绕组(68.70)与第一电源(14)连接，并且 在上述两侧端子的一侧与中间端子之间连接第二电源(36)， 在上述变压器的一侧绕组(30a、30b)与和上述变压器的一侧绕组(30a、30b)磁耦合的变压器的另一侧绕组(38)之间交换电力。
8.根据权利要求7所述的多端口转换器，其中， 在上述磁耦合电感器(68、70)的上述一对绕组(68、70)中流过同相的电流以及反相的电流这双方，其中，上述同相的电流是流过上述变压器的一侧绕组(30a、30b)的电流，上述反相的电流是经由上述变压器的一侧绕组(30a、30b)的中间端子而流过的电流， 各绕组(68、70)在沿绕组出8、70)的轴向层叠的多层中的一层均具有多匝， 上述一对绕组(68、70)的流过相互反相的电流的一层的绕组彼此沿绕组(68、70)的轴向对置配置。
9.根据权利要求7或8所述的多端口转换器，其中， 上述磁耦合电感器(28、32)的一对绕组(68、70)各自仅为单层。
10.根据权利要求7?9中任一项所述的多端口转换器，其中， 一对绕组(68、70)是沿绕组出8、70)的轴向纵长的形状。
11.根据权利要求7?10中任一项所述的多端口转换器，其中，在绕组￠8)与绕组(70)之间配置有隔离物(80)。
12.根据权利要求7?11中任一项所述的多端口转换器，其中，磁耦合电感器(28、32)包括U字状的磁芯(62、64)。
【专利摘要】一种磁耦合电感器(28、32)，其具有磁耦合的一对绕组(68、70)。在一对绕组(68、70)中流过同相的电流以及反相的电流这二者，并且各绕组均在沿绕组的轴向的一层具有多匝。一对绕组(68、70)的流过相互反相的电流的一层的绕组彼此沿绕组的轴向对置配置。
【IPC分类】H01F27-28, H01F38-14, H02M3-335
【公开号】CN104716840
【申请号】CN201410749188
【发明人】高木健一, 石垣将纪, 杉山隆英, 梅野孝治, 长下贤一郎, 平野高弘, 武藤润
【申请人】丰田自动车株式会社
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2014年12月9日
【公告号】DE102014118347A1, US20150194256